Die Entstehung von polarisiertem Licht durch Streuung und durch Reflexion sind zwei wichtige Phänomene in der Optik. Hier ist eine detaillierte Erklärung beider Prozesse:
1. Polarisiertes Licht durch Streuung
Die Polarisation von Licht durch Streuung tritt häufig in der Atmosphäre auf und ist ein Grund, warum der Himmel blau erscheint. Wenn unpolarisiertes Sonnenlicht (das alle Schwingungsrichtungen der elektrischen Feldkomponente des Lichts enthält) in die Atmosphäre eintritt, interagiert es mit Molekülen und kleinen Partikeln. Diese Interaktion führt zur Streuung des Lichts.
- Rayleigh-Streuung: Diese Art der Streuung erfolgt an Partikeln, die viel kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind (wie Gasmoleküle). Licht wird in verschiedene Richtungen gestreut, aber das Licht, das in einer Richtung senkrecht zur ursprünglichen Ausbreitungsrichtung gestreut wird, wird polarisiert. Dabei schwingen die elektrischen Feldvektoren des gestreuten Lichts senkrecht zur Ebene, die durch die ursprüngliche Ausbreitungsrichtung des Lichts und die Beobachtungsrichtung definiert wird.
2. Polarisiertes Licht durch Reflexion (Brewster-Winkel)
Wenn Licht auf eine Oberfläche trifft, wird ein Teil des Lichts reflektiert, ein anderer Teil gebrochen. Unter einem speziellen Winkel, dem sogenannten Brewster-Winkel, wird das reflektierte Licht vollständig polarisiert.
- Brewster-Winkel: Der Brewster-Winkel ist der Einfallswinkel, bei dem das reflektierte Licht vollständig polarisiert ist. Dieser Winkel hängt vom Brechungsindex des Materials ab, auf das das Licht trifft. Mathematisch wird der Brewster-Winkel durch die Gleichung \(\tan(\theta_B) = n_2/n_1\) bestimmt, wobei \(n_1\) der Brechungsindex des Mediums ist, aus dem das Licht kommt, und \(n_2\) der Brechungsindex des reflektierenden Mediums.
Bei diesem Winkel ist das reflektierte Licht so polarisiert, dass die elektrischen Feldkomponenten parallel zur reflektierenden Oberfläche verschwinden und nur die Komponenten senkrecht zur Einfallsebene übrig bleiben. Das bedeutet, dass das reflektierte Licht elektromagnetische Wellen enthält, deren Schwingungsebenen parallel zur reflektierenden Oberfläche liegen.
Diese beiden Mechanismen sind grundlegend für das Verständnis, wie polarisiertes Licht in natürlichen und künstlichen Systemen entsteht. Polarisiertes Licht spielt eine wichtige Rolle in vielen Anwendungen, einschließlich fotografischer Techniken, um Reflexionen zu reduzieren und Farben zu verbessern, sowie in verschiedenen optischen Geräten wie Polarisationsfiltern.
